利用一碳化合物(C1)细菌的分离及基因组文库的构建

从污水样品中筛选到能利用甲醇的菌株B,经16SrDNA测序分析鉴定为肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumo-niae)。甲醛耐受能力的测试表明该菌对甲醛具有较强耐受能力,能在含有8￣15mmol/L甲醛的LB培养基上生长。Southern杂交分析说明这菌株的基因组中有甲基营养菌6-磷酸己酮糖合成酶(HPS)和6-磷酸果糖异构酶(PHI)基因的同源序列。本研究以pUC118为载体构建了基因组文库,进一步检测结果说明所构建的基因组文库质量符合要求。     

利用-碳化合物(C1)细菌的分离及基因组文库的构建

从污水样品中筛选到能利用甲醇的菌株B,经16SrDNA测序分析鉴定为肺炎克氏杆菌（Klebsiella pneuumo-niae）。甲醛耐受能力的测试表明该菌对甲醛具有较强耐受能力,能在含有8～15mm。l／L甲醛的LB培养基上生长。S0uthem杂交分析说明这菌株的基因组中有甲基营养菌6-酸己酮糖合成酶（HPS）和6-磷酸果糖异构酶（PHI）基因的同源序列。本研究以pUC118为载体构建了基因组文库,进一步检测结果说明所构建的基因组文库质量符合要求。     

食气梭菌的研究进展

食气梭菌是一类主要的化能自养微生物,可利用二氧化碳(CO_2)和一氧化碳(CO)合成多种化学品和燃料,具有良好的工业应用前景。天然的食气梭菌吸收、固定和转化一碳气体速率较慢,能量代谢效率低且高值产物种类少。近年来,随着组学、分子遗传学工具以及生化分析技术的快速发展,食气梭菌的生理代谢特点及其相关分子机制、代谢工程设计、改造和发酵工艺等方面都得到广泛而深入的研究。本文针对近年来食气梭菌的研究进展进行了梳理和总结,以期能为这类重要工业微生物的基础和应用研究,以及一碳气体的生物转化利用提供参考。     

一株甲烷利用菌的分离及其在甲烷气体测定中的应用

从山西太原晋阳湖水样中分离得到一株能以甲烷为唯一碳源生长的菌株ME16.气相色谱分析表明ME16菌株能利用甲烷.ME16菌株的16S rDNA 序列与铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa,ATCC 10145,AF094713)相似性为99%.该菌株最适培养条件为30℃、2%接种量、25%甲烷含量和培养基pH为6.0.用电化学法研究了ME16固定化细胞体系中不同含量甲烷对溶氧的响应时间以及溶氧变化与甲烷含量的关系.结果表明,加入固定化细胞后.溶氧变化在100s内达到平衡,溶氧消耗量与通入甲烷气体含量在0～16%呈线性关系,相关系数为0.9954.对样品气体8次测量,RSD为3.34%,表明该反应体系重现性良好,为该菌株进一步研究甲烷传感器奠定基础.     

中国退耕还林工程温室气体排放与净固碳量

基于退耕还林工程建设期(2000—2010年)营造林过程边界内碳成本和边界外碳泄漏的计算,分析退耕还林工程及各区域碳成本和碳泄漏的年际变化、碳成本和碳泄漏的组成特征以及净固碳量的变化特征.结果表明: 退耕还林工程建设期内,西北地区、西南地区、东北地区、华北地区、中南华东地区的碳成本分别为3.38、3.64、1.03、1.66、4.38 Tg C,合计14.09 Tg C;碳泄漏分别为21.33、4.60、5.50、1.32、3.78 Tg C,合计36.53 Tg C.退耕还林工程及各区域工程措施碳成本组成特征较为一致,造林引起的碳排放是各区域最大的工程措施碳成本,其中退耕地造林是主要的造林碳成本来源.在各种物资消耗中,肥料引起的碳排放是各区域最大的物资碳成本,其次为建材,而燃油、灌溉和药剂产生的碳排放占各区域碳成本总量的比例仅为10%左右.退耕还林工程的实施在工程边界内外共产生温室气体50.62 Tg C,抵消了工程固碳效益的19.9%;在西北地区、西南地区、东北地区、华北地区和中南华东地区的抵消作用分别为38.9%、10.4%、26.1%、8.9%和15.5%.退耕还林工程建设期内的净固碳量为203.50 Tg C,年均净固碳量为18.50 Tg C·a^-1.碳成本和碳泄漏对退耕还林工程固碳的抵消较小,退耕还林工程在我国温室气体减排和全球气候变暖减缓上做出了巨大贡献.经济林营造采用精准施肥和为退耕还林工程区农户提供可替代的维持生存的方法是分别减少碳成本和碳泄漏的可能措施.     

微生物固碳的电子供给策略研究进展北大核心CSCD

随着生物化工技术的不断发展成熟,通过改造微生物已可以实现二氧化碳、甲烷等温室气体的固定、转化和利用,而电子传递及能量供给对微生物固碳效率起着决定性的作用。本文首先分析了好氧性嗜甲烷菌、化能自养微生物等天然微生物细胞内外的直接、间接电子传递系统。在此基础上,围绕微生物固碳细胞工厂的构建,进一步介绍了基于光能、电能的人工电子供给策略及其对固碳过程中代谢通量、合成路径和供能效率的影响。最后针对微生物固碳的关键共性技术难点,简要展望了可行性的解决方案及相关应用前景。     

甲基营养微生物的甲醛代谢途径及其在环境生物技术中的应用

甲醛是一种毒性很高的一碳化合物,甲基营养菌是一类能在有高浓度甲醛的环境中生存的微生物,它们体内有多种降解甲醛的氧化途径和将甲醛转化为细胞组分的同化途径。丝氨酸途径和酮糖单磷酸途径是同时存在于甲基营养型细菌中的两种甲醛同化途径,木酮糖单磷酸途径是甲基营养型酵母菌中独有的甲醛同化途径。为了充分挖掘甲基营养型微生物在环境生物技术中的潜在应用价值,最近有很多研究尝试利用甲基营养微生物的细胞及其甲醛代谢途径关键酶开发甲醛污染检测方法和生物治理技术,对这方面的研究进展进行综述。     

森林经营与管理下的温室气体排放、碳泄漏和净固碳量研究进展

森林在减缓全球气候变化和大气CO₂浓度升高上具有重要作用.森林经营与管理下的新造林和森林保护具有显著的固碳功能,其中,新造林和森林保护的固碳速率分别为0.04～7.52、0.33～5.20 t C·hm^-2·a^-1.同时,营造林过程中物资的生产和运输导致边界内产生温室气体排放;营造林导致的活动转移、市场效应和生态环境变化导致边界外产生碳泄漏.本文综述了国内外森林经营与管理活动边界内温室气体排放源的界定、计量方法、温室气体排放量与排放速率;边界外碳泄漏的类型、计量方法与碳泄漏量;净固碳量以及温室气体排放和碳泄漏对固碳的抵消强度.边界内温室气体排放对固碳的抵消强度为0.01%～19.3%,进一步考虑碳泄漏时可增至95%.若仅考虑森林经营与管理在边界内直接产生的温室气体排放与可测量的活动转移碳泄漏,森林经营与管理具有较好的净固碳效益,且相比于农田固碳措施在温室气体净减排方面具有更好的应用前景.随着我国各项重大生态工程新一期的开展和对工程固碳效益的关注,为增加重大生态工程对温室气体的净减排量,有必要在工程开展前进行合理规划、在工程开展过程中加强控制和监测以减少工程实施导致的边界内温室气体排放和边界外碳泄漏.     

十三碳二元酸发酵过程菌体生长期动力学模型及其应用

介绍了由十三碳烷烃生产十三碳二元酸的发酵过程,对其中的菌体生长期的代谢过程进行了分析。提出了以CO₂释放率判断菌体生长状况的方法,据此可确定进入产酸期的最佳时间．建立了菌体生长期底物消耗及菌体生长的动力学模型,对模型参数进行了回归估值。并对菌体生长期进行了拟合。结果表明,模型的计算值和实测值吻合得较好,平均相对偏差为2．4％。利用所建模型对菌体生长期进行多种操作条件下的模拟计算,结果表明,提高蔗糖浓度及初始菌体浓度均能显著地提高菌体生长期结束时的菌体浓度。     

Expanding the genetic engineering toolbox for the metabolically flexible acetogen Eubacterium limosum

Acetogenic bacteria are an increasingly popular choice for producing fuels and chemicals from single carbon (C1) substrates. Eubacterium limosum is a promising acetogen with several native advantages, including the ability to catabolize a wide repertoire of C1 feedstocks and the ability to grow well on agar plates. However, despite its promise as a strain for synthetic biology and metabolic engineering, there are insufficient engineering tools and molecular biology knowledge to leverage its native strengths for these applications. To capitalize on the natural advantages of this organism, here we extended its limited engineering toolbox. We evaluated the copy number of three common plasmid origins of replication and devised a method of controlling copy number and heterologous gene expression level by modulating antibiotic concentration. We further quantitatively assessed the strength and regulatory tightness of a panel of promoters, developing a series of well-characterized vectors for gene expression at varying levels. In addition, we developed a black/white colorimetric genetic reporter assay and leveraged the high oxygen tolerance of E. limosum to develop a simple and rapid transformation protocol that enables benchtop transformation. Finally, we developed two new antibiotic selection markers—doubling the number available for this organism. These developments will enable enhanced metabolic engineering and synthetic biology work with E. limosum.     

碳一气体生物转化中的产乙酸菌改造与发酵工艺优化

当前的线性经济发展模式依赖化石能源且增加二氧化碳的排放,加剧全球变暖和环境污染。因此,亟需开发碳捕获和利用的技术,建立循环经济。利用产乙酸菌进行碳一气体(一氧化碳和二氧化碳)转化是一项前景广阔的技术,具有较高的碳源灵活性和产物选择性,能够合成多种化学品和燃料。本文聚焦产乙酸菌在碳一气体转化过程中的生理代谢机制、遗传和代谢工程改造、发酵工艺优化以及提升碳原子经济性等方面的研究进展,以期为产乙酸菌气体发酵的工业规模放大及“负碳”生产提供参考。     

基因工程菌高密度发酵工艺研究进展

阐述了基因工程菌高密度发酵工艺的几个主要影响因素,包括重组菌构建、培养条件、生长抑制因子以及它们的控制技术。通过高密度发酵可以提高细胞生长密度、目的蛋白的表达含量。在高密度发酵过程中,会产生一些有害抑制代谢副产物,但通过分批补料可以降低影响。     

重组L-门冬酰胺酶工程菌的表达和PEG的化学修饰

目的提高重组L-门冬酰胺酶(rL-ASP)工程菌的表达量,分离纯化rL-ASP并对之进行PEG化学修饰。方法将带有编码rL-ASP的基因的质粒(pKA)导入不同的宿主菌中,挑出高表达菌株,同时优化发酵培养基,分离纯化获得的高纯度rL-ASP再用PEG进行化学修饰,SDS-PAGE检测修饰效果。结果在pH7.0的条件下,宿主菌为JMl09的工程菌pKA/JMl09酶活力最高,三角瓶振摇培养的酶活力可达216×103IU/L;发酵罐发酵培养,酶活力达312×103IU/L。纯化后的rL-ASP比活力为220IU/mg,rL-ASP经过PEG化学修饰生成rL-ASP-PEG,分子量发生改变。结论改变目标蛋白表达的宿主菌和优化发酵工艺,提高了rL-ASP的表达量,纯化的rL-ASP经过PEG化学修饰后分子量增大。     

合成气发酵制取乙醇微生物的对比

为了验证富集菌群利用合成气产乙醇的能力,以富集培养获得的4种菌群A-fm4、G-fm4、LP-fm4、B-fm4为研究对象,在10％接种量和25％接种量两种情况下,与合成气发酵菌株梭状芽胞杆菌Clostridiumautoethanogenum进行对比.结果表明:10％接种量时,A-fm4、G-fm4、LP-fm4、B-fm4与C.autoethanogenum乙醇产量分别为349.15、232.16、104.25、79.90和26.99mg/L;25％接种量发酵时,乙醇产量分别为485.81、472.73、348.58、272.52和242.15 mg/L.提高接种量能增加乙醇的产量.富集菌群乙醇产量与目前报道的C.autoethanogenum最高产量(259.64 mg/L)相比具有显著优势,提供了一种提高合成气发酵生产乙醇产量的方法.     

中国肉牛分子与基因修饰育种研究进展

随着世界肉牛产业科技的快速发展,我国肉牛产业的整体水平得到明显提高并取得丰硕成果。肉牛育种技术实现了由常规杂交育种向分子标记辅助育种、全基因组选择育种和基因组修饰育种的技术跨越,揭示出大量与生长发育、肉质品质、繁殖与疾病等相关的候选基因与分子标记,并逐步应用于肉牛育种实践。与生长发育性状相关的基因或分子标记主要集中在生长激素基因、生肌调节因子家族、肌肉生长抑制因子和胰岛素样生长因子等;参与肉质形成的基因主要集中在脂肪酸运输与沉积相关信号通路、钙蛋白酶信号通路、生肌调节因子家族与肌肉生长抑制因子等;繁殖性状相关基因或分子标记主要集中在GnRH-FSHR-LH、生长分化因子9、催乳素受体和FoxO1等;抗病相关基因主要有MHC基因家族、TOLL样受体4基因等。目前,利用精准基因编辑技术已培育出促生长发育与提高肉品质的肉牛育种新材料。本文总结了近年来我国在肉牛分子与基因组修饰育种领域取得的研究进展,以期为我国肉牛遗传育种技术研究提供参考和借鉴。     

mazF as a counter-selectable marker for unmarked genetic modification of Pichia pastoris

In this study, we demonstrate a novel method for unmarked genetic modification of the methylotrophic yeast Pichia pastoris , in which the Escherichia coli toxin gene mazF was used as a counter-selectable marker. mazF was placed under the tightly controlled AOX1 promoter, and the induced expression of MazF in P. pastoris halted cell growth. A modular plasmid was constructed in which mazF and a Zeocin resistance gene acted as counter-selectable and active-selectable markers, respectively, and the MazF-ZeoR cassette was flanked by two direct repeats for marker recycling. Linearized delivery vectors constructed from the modular plasmid were integrated into the P. pastoris genome via homologous recombination, introducing genetic modifications. Upon counter-selection with methanol medium, which induces the AOX1 promoter, the markers were recycled efficiently via homologous recombination between the direct repeats. We used this method successfully to knock-out the ARG1 and MET2 genes, knock-in a green fluorescent protein expression cassette, and perform site-directed mutagenesis on the ARG1 gene, all without introducing unwanted selection markers. The novel method allows repeated use of the selectable marker gene for multiple modifications and will be a useful tool for P. pastoris studies.     

产朊假丝酵母(Candida utilis)基因工程研究进展

产朊假丝酵母是生物安全(Generally Recognized as Safe,GRAS)的微生物,也是一种重要的工业微生物。近20年来,随着分子生物学技术的发展,产朊假丝酵母的基因表达系统和基因工程研究及开发应用取得了显著的进展,使得利用该菌表达多种物质成为可能。本文概述了产朊假丝酵母的生物学特点、外源基因表达系统、基因敲除、遗传转化等方面的研究和应用进展。     

高山被孢霉产花生四烯酸及其遗传改造的研究进展

花生四烯酸作为一种重要的多价不饱和脂肪酸,因其具有多种生理功能而被认为是潜在的食品添加剂和药物。近年来,利用高山被孢霉合成花生四烯酸已成为研究热点。前期相关研究主要集中在菌种选育及发酵调控方面。随着研究的不断深入,关于高山被孢霉合成花生四烯酸的代谢途径的研究取得了较大进展。以下简要概述前期工作进展,着重论述花生四烯酸合成途径的关键酶及其高山被孢霉的遗传改造的研究情况,包括生物合成花生四烯酸代谢途径、关键酶及其应用、高山被孢霉的遗传操作系统的构建以及遗传改造的应用,并对其研究前景进行了展望。